CN104670524B - 一种无摩擦气浮空间失重转动模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟空间失重转动的装置，具体地说是一种无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，气浮主轴的两端分别连接有左、右轴端板轴，左、右轴端板轴分别通过轴支撑安装在基体上；气浮主轴外套设有气浮轴轴套，气浮轴轴套与气浮主轴之间留有间隙，左轴端板轴上设有向间隙导入气体的气管，在力矩电机断电时，气浮主轴与气浮轴轴套之间为无摩擦状态；力矩电机转子转接套连接于气浮轴轴套的一侧，力矩电机转子套设在右轴端板轴上、并与力矩电机转子转接套相连，力矩电机定子通过定子压环安装在右轴端板轴上，转子套管位于力矩电机转子与力矩电机定子之间。本发明能最大限度的减小摩擦力，保证转动精度，结构简单、安装方便、便于维护。

Description

一种无摩擦气浮空间失重转动模拟装置

技术领域

本发明涉及模拟空间失重转动的装置，具体地说是一种无摩擦气浮空间失重转动模拟装置。

背景技术

目前已有的模拟空间失重转动的高精度转动装置中，一种为机械摩擦式转动，这种装置使得轴与轴承之间存在很大的摩擦损耗，空间失重转动模拟精度不高；另一种虽为气浮转动，但是没有采用非接触力矩电机驱动，这种装置比前一种要有所改进，但是无法控制轴与轴承之间的转速，无法设定转动装置初始运动状态。

发明内容

为了解决上述在模拟空间失重转动中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无摩擦气浮空间失重转动模拟装置。该模拟装置将非接触力矩电机驱动和气浮转动结合在一起，大大地减少了摩擦力对***的负面影响，还可精确设定转动的角度及角速度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括气浮主轴、气浮轴轴套、力矩电机定子、力矩电机转子、转子套管、定子压环、力矩电机转子转接套、左轴端板轴、右轴端板轴及气管，其中气浮主轴的两端分别连接有左轴端板轴及右轴端板轴，所述左轴端板轴及右轴端板轴分别通过轴支撑安装在基体上；所述气浮主轴外套设有气浮轴轴套，该气浮轴轴套与气浮主轴之间留有间隙，所述左轴端板轴上设有向所述间隙导入气体的气管，在力矩电机断电时，所述气浮主轴与气浮轴轴套之间为无摩擦状态；所述力矩电机转子转接套连接于气浮轴轴套的一侧，所述力矩电机转子套设在右轴端板轴上、并与所述力矩电机转子转接套相连，所述力矩电机定子通过定子压环安装在右轴端板轴上，所述转子套管位于力矩电机转子与力矩电机定子之间；所述力矩电机转子通过力矩电机转子转接套驱动气浮轴轴套转动，安装在气浮轴轴套上的空间失重转动模拟装置随所述气浮轴轴套转动。

其中：所述气浮轴轴套的另一侧的圆周表面上安装有圆光栅，所述左轴端板轴上设有与圆光栅相对应的读数头，该读数头通过圆光栅随气浮轴轴套的转动计数；所述气浮轴轴套、力矩电机定子、力矩电机转子、力矩电机转子转接套、圆光栅及所述空间失重转动模拟装置同轴设置；

所述右轴端板轴的一端为圆盘，另一端为空心圆柱，所述圆盘一侧的端面与气浮主轴的一端连接，该圆盘的另一侧沿径向设有条形槽；所述定子压环安装在右轴端板轴上，并套接在所述力矩电机定子的一端，对力矩电机定子径向定位；所述力矩电机定子的另一端容置在所述条形槽内，通过所述右轴端板轴轴向定位；

所述力矩电机转子与力矩电机转子转接套的一端相连，所述力矩电机转子转接套的另一端与气浮轴轴套的一侧固接；所述力矩电机转子的外圈与转子套管的内圈连接，所述力矩电机定子安装在转子套管的外圈，力矩电机转子、转子套管及力矩电机定子均位于所述力矩电机转子转接套内；所述力矩电机转子分别通过力矩电机转子转接套及转子套管进行轴向和径向定位；

所述左轴端板轴的一端为圆盘，另一端为空心圆柱，所述气管安装在圆盘上，并在圆盘上通过读数头安装块固接有读数头；

所述气浮轴轴套上沿轴向开设有多个环槽。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明能最大限度地减小摩擦力，保证转动精度。

2.本发明的非接触式力矩电机具有高精度（0.001度）、低速（0.01度/秒）性能，采用分装式的非接触式力矩电机，力矩电机定子与力矩电机转子之间无摩擦扭矩，驱动达到初始条件设定位置后，电机断电，力矩电机转子随空间失重转动模拟装置一起运动，处于自由状态，对摩擦精度无干扰。

3.本发明由圆光栅测量非接触式力矩电机的转动角度及角速度，测量准确。

4.本发明结构简单，安装方便，便于维护。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为图1的俯视剖视图；

图3为图1的左视图；

图4为本发明右轴端板轴的结构主视图；

图5为图4的左视图；

图6为图4的A—A剖视图；

其中：1为左轴支撑，2为气浮主轴，3为气浮主轴轴套，4为力矩电机定子，5为力矩电机转子，6为转子套管，7为定子压环，8为力矩电机转子转接套，9为右轴支撑，10为右轴端板轴，11为圆光栅，12为读数头，13为读数头安装块，14为气管，15为左轴端板轴，16为条形槽，17为环槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括左轴支撑1、气浮主轴2、气浮轴轴套3、力矩电机定子4、力矩电机转子5、转子套管6、定子压环7、力矩电机转子转接套8、右轴支撑9、左轴端板轴15、右轴端板轴10、圆光栅11、读数头12及气管14，其中左轴端板轴15及右轴端板轴10均一端为圆盘，另一端为空心圆柱（轴向截面为“T”型），气浮主轴2的一端（左端）与左轴端板轴15的圆盘端面通过螺栓固接，气浮主轴2的另一端（右端）与右轴端板轴10的圆盘端面通过螺栓固接，左轴端板轴15及右轴端板轴10对气浮主轴2进行轴向定位。左轴端板轴15及右轴端板轴10上的空心圆柱分别通过螺栓固定安装在左轴支撑1及右轴支撑9上。

气管14安装在左轴端板轴15的圆盘端面上，气浮主轴2的外面套有气浮轴轴套3，该气浮轴轴套3与气浮主轴2之间留有间隙，气体由气管14导入，使得气浮轴轴套3与气浮主轴2之间的间隙充满气体；当力矩电机断电时，气浮主轴2与气浮轴轴套3之间为无摩擦状态，不产生摩擦及电磁阻力矩。读数头12由读数头安装块13固定安装，而读数头安装块13也安装在左轴端板轴15的圆盘端面上。

力矩电机转子5、转子套管6及力矩电机定子4均位于力矩电机转子转接套8内，其中力矩电机转子5套设在右轴端板轴10上，并与力矩电机转子转接套8的一端端面通过螺栓固接，力矩电机转子转接套8的另一端端面通过螺栓固接于气浮轴轴套3的一侧。力矩电机转子5的外圈与转子套管6的内圈连接，力矩电机定子4安装在转子套管6的外圈；力矩电机转子5分别通过力矩电机转子转接套8及转子套管6进行轴向和径向定位。如图4～6所示，右轴端板轴10圆盘的一侧端面与气浮主轴2右端通过螺栓固接，另一侧端面沿径向设有条形槽16，并与定子压环7通过螺栓固接；定子压环7套接在力矩电机定子4的一端，对力矩电机定子4径向定位，力矩电机定子4的另一端容置在条形槽16内，通过右轴端板轴10轴向定位。

力矩电机转子5通过力矩电机转子转接套8驱动气浮轴轴套3转动，安装在气浮轴轴套3上的空间失重转动模拟装置随所述气浮轴轴套3转动。气浮轴轴套3的另一侧的圆周表面上安装有圆光栅11，与左轴端板轴15上设置的读数头12相对应，该读数头12通过圆光栅11随气浮轴轴套3的转动计数，。

气浮轴轴套3上沿轴向开设有多个环槽17，以减轻模拟装置的重量。

本发明的气浮轴轴套3、力矩电机定子4、力矩电机转子5、力矩电机转子转接套8、圆光栅11及空间失重转动模拟装置同轴设置，以组成垂向运动的测量反馈的一部分。

本发明的工作原理为：

本发明的非接触式力矩电机与空间失重转动模拟装置集成安装在一起，非接触式力矩电机直接驱动空间失重转动模拟装置转动，即力矩电机转子5通过力矩电机转子转接套8驱动气浮轴轴套3转动，安装在气浮轴轴套3上的空间失重转动模拟装置随气浮轴轴套3转动。在转动过程中，通过圆光栅11测量力矩电机的转动角度及角速度。气体从气管14导入，使得气浮主轴2和气浮轴轴套3之间充满了气体；当力矩电机断电时，气浮主轴2和气浮轴轴套3之间就处于无摩擦状态，不产生摩擦及电磁阻力矩。

本发明的非接触式力矩电机为市购产品，购置于美国丹纳赫公司，型号为KBM-43X01；气管14为市购产品，购置于德国（费斯托）公司，型号为FESTO-QSML-1分-5。

Claims (9)

1.一种无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，包括力矩电机定子、力矩电机转子，其特征在于：还包括气浮主轴(2)、气浮轴轴套(3)、转子套管(6)、定子压环(7)、力矩电机转子转接套(8)、左轴端板轴(15)、右轴端板轴(10)及气管(14)，其中气浮主轴(2)的两端分别连接有左轴端板轴(15)及右轴端板轴(10)，所述左轴端板轴(15)及右轴端板轴(10)分别通过轴支撑安装在基体上；所述气浮主轴(2)外套设有气浮轴轴套(3)，该气浮轴轴套(3)与气浮主轴(2)之间留有间隙，所述左轴端板轴(15)上设有向所述间隙导入气体的气管(14)，在力矩电机断电时，所述气浮主轴(2)与气浮轴轴套(3)之间为无摩擦状态；所述力矩电机转子转接套(8)连接于气浮轴轴套(3)的一侧，所述力矩电机转子(5)套设在右轴端板轴(10)上、并与所述力矩电机转子转接套(8)相连，所述力矩电机定子(4)通过定子压环(7)安装在右轴端板轴(10)上，所述转子套管(6)位于力矩电机转子(5)与力矩电机定子(4)之间；所述力矩电机转子(5)通过力矩电机转子转接套(8)驱动气浮轴轴套(3)转动，安装在气浮轴轴套(3)上的空间失重转动模拟装置随所述气浮轴轴套(3)转动。

2.按权利要求1所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述气浮轴轴套(3)的另一侧的圆周表面上安装有圆光栅(11)，所述左轴端板轴(15)上设有与圆光栅(11)相对应的读数头(12)，该读数头(12)通过圆光栅(11)随气浮轴轴套(3)的转动计数。

3.按权利要求2所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述气浮轴轴套(3)、力矩电机定子(4)、力矩电机转子(5)、力矩电机转子转接套(8)、圆光栅(11)及所述空间失重转动模拟装置同轴设置。

4.按权利要求1或2所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述右轴端板轴(10)的一端为圆盘，另一端为空心圆柱，所述圆盘一侧的端面与气浮主轴(2)的一端连接，该圆盘的另一侧沿径向设有条形槽(16)。

5.按权利要求4所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述定子压环(7)安装在右轴端板轴(10)上，并套接在所述力矩电机定子(4)的一端，对力矩电机定子(4)径向定位；所述力矩电机定子(4)的另一端容置在所述条形槽(16)内，通过所述右轴端板轴(10)轴向定位。

6.按权利要求1或2所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述力矩电机转子(5)与力矩电机转子转接套(8)的一端相连，所述力矩电机转子转接套(8)的另一端与气浮轴轴套(3)的一侧固接；所述力矩电机转子(5)的外圈与转子套管(6)的内圈连接，所述力矩电机定子(4)安装在转子套管(6)的外圈，力矩电机转子(5)、转子套管(6)及力矩电机定子(4)均位于所述力矩电机转子转接套(8)内。

7.按权利要求6所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述力矩电机转子(5)分别通过力矩电机转子转接套(8)及转子套管(6)进行轴向和径向定位。

8.按权利要求1或2所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述左轴端板轴(15)的一端为圆盘，另一端为空心圆柱，所述气管(14)安装在圆盘上，并在圆盘上通过读数头安装块(13)固接有读数头(12)。

9.按权利要求1或2所述的无摩擦气浮空间失重转动模拟装置，其特征在于：所述气浮轴轴套(3)上沿轴向开设有多个环槽(17)。